CN116566349B - 一种基于活塞模式的声表面波装置及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于活塞模式的声表面波装置及制备方法，涉及声表面波器件技术领域，该装置包括压电基板和设置在其上的叉指换能器电极，叉指换能器电极包括相互对置的第一汇流条和第二汇流条、沿平行于声表面波传播方向上间隔交错设置的多根第一电极指和多根第二电极指、以及多根第一连接指和多根第二连接指；每根第一电极指的第一端通过第一连接指与第一汇流条电连接，且第一电极指的第一端与第一连接指层叠设置；每根第二电极指的第二端通过第二连接指与第二汇流条电连接，且第二电极指的第二端与第二连接指层叠设置。通过调整第一连接指、第二连接指的质量，以更灵活地设置低音速部和高音速部，从而实现更佳的活塞模式，抑制横模杂波。
Description
技术领域
本发明涉及声表面波器件技术领域，尤其是一种基于活塞模式的声表面波装置及制备方法。
背景技术
在传统技术中，已知声表面波装置通常利用活塞模式来抑制横模杂波，所谓的活塞模式为在叉指换能器的电极指所延伸的方向上，在电极指中央区域的两侧设置低音速部，在低音速部的外侧设置高音速部，其中高音速部是由与一侧的汇流条102连接的电极指104a沿着声表面波传播方向配置形成的，如图1所示。然而，由于位于高音速部的电极指104a与位于中央区域的电极指104b为同一叉指电极，因此在高音速部中传播的声表面波的音速相对在中央区域中传播的声表面波的音速的提高程度有限、且大致固定，从而会限制利用活塞模式来抑制寄生横模杂波的效果。因此，需要一种新方案，可以在高音速部获得更大的声速提升，以实现更佳的活塞模式，从而更好地抑制横模杂波。
发明内容
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于活塞模式的声表面波装置及制备方法，其能有效提升高音速部的声速，达到有效抑制横模杂波的目的，本发明的技术方案如下：
第一方面，本申请提供了一种基于活塞模式的声表面波装置，包括压电基板和设置在压电基板上的叉指换能器电极，叉指换能器电极包括相互对置的第一汇流条和第二汇流条、沿平行于声表面波传播方向上间隔交错设置的多根第一电极指和多根第二电极指、以及多根第一连接指和多根第二连接指；每根第一电极指的第一端通过第一连接指与第一汇流条电连接，每根第一电极指的第二端朝向第二汇流条，且第一电极指的第一端与第一连接指层叠设置；每根第二电极指的第二端通过第二连接指与第二汇流条电连接，每根第二电极指的第一端朝向第一汇流条，且第二电极指的第二端与第二连接指层叠设置；
第一电极指、第二电极指与相应连接指相对层叠的区域以及相邻的相对层叠区域之间的部分沿平行于声表面波传播方向上形成低音速部，第一电极指、第二电极指上不含低音速部的部分以及相邻的电极指之间的部分沿平行于声表面波传播方向上形成中央区域，第一连接指、第二连接指上不含低音速部的部分以及相邻的连接指之间的部分沿平行于声表面波传播方向上形成高音速部，调整第一连接指、第二连接指的质量，使得在低音速部传播的声表面波的音速低于在中央区域传播的声表面波的音速，在高音速部传播的声表面波的音速高于在中央区域传播的声表面波的音速。
第二方面，本申请还提供了一种基于活塞模式的声表面波装置的制备方法，包括如下步骤：
采用MEMS工艺在压电基板上制得第一金属图案，第一金属图案具有相互对置的汇流条第一层部，分别作为第一汇流条和第二汇流条，第一金属图案还具有沿平行于声表面波传播方向上间隔交错布置的多根第一电极指和多根第二电极指；
采用MEMS工艺在两种电极指的第一端和第一汇流条之间、两种电极指的第二端和第二汇流条之间的区域制得第二金属图案，从而得到设置在压电基板上的叉指换能器电极；第二金属图案具有沿平行于声表面波传播方向上间隔设置的多根第一连接指和沿平行于声表面波传播方向上间隔设置的多根第二连接指，每根第一连接指沿其延伸方向的中线位于其对侧的相邻的两个第二连接指之间，每根第二连接指沿其延伸方向的中线位于其对侧的相邻的两个第一连接指之间；
或者，采用MEMS工艺在压电基板的指定区域制得第二金属图案，两处指定区域均沿平行于声表面波传播方向分布且两处间隔一定距离相对设置，第二金属图案具有沿平行于声表面波传播方向上间隔设置的多根第一连接指和沿平行于声表面波传播方向上间隔设置的多根第二连接指；每根第一连接指沿其延伸方向的中线位于其对侧的相邻的两个第二连接指之间，每根第二连接指沿其延伸方向的中线位于其对侧的相邻的两个第一连接指之间；
采用MEMS工艺在第一连接指和第二连接指之间、第一连接指中远离第二连接指的一端向外、第二连接指中远离第一连接指的一端向外的区域制得第一金属图案，从而得到设置在压电基板上的叉指换能器电极；第一金属图案具有在压电基板上相互对置的汇流条第一层部，分别作为第一汇流条和第二汇流条，第一金属图案还具有在压电基板上沿平行于声表面波传播方向上间隔交错设置的多根第一电极指和多根第二电极指；
其中，每根第一电极指的第一端通过第一连接指与第一汇流条电连接，每根第一电极指的第二端朝向第二汇流条，且第一电极指的第一端与第一连接指层叠设置；每根第二电极指的第二端通过第二连接指与第二汇流条电连接，每根第二电极指的第一端朝向第一汇流条，且第二电极指的第二端与第二连接指层叠设置；
第一电极指、第二电极指与相应连接指相对层叠的区域以及相邻的相对层叠区域之间的部分沿平行于声表面波传播方向上形成低音速部，第一电极指、第二电极指上不含低音速部的部分以及相邻的电极指之间的部分沿平行于声表面波传播方向上形成中央区域，第一连接指、第二连接指上不含低音速部的部分以及相邻的连接指之间的部分沿平行于声表面波传播方向上形成高音速部，调整第一连接指、第二连接指的质量，使得在低音速部传播的声表面波的音速低于在中央区域传播的声表面波的音速，在高音速部传播的声表面波的音速高于在中央区域传播的声表面波的音速。
本发明的有益技术效果是：
通过适当选择第一连接指和第二连接指的金属材料、膜厚度和长宽尺寸，可以灵活地调整第一连接指和第二连接指沿电极指方向的单位长度的质量，进而使在低音速部传播的声表面波的音速更低，使在高音速部传播的声表面波的音速更高，从而更好地激发活塞模式和减小横模所引起的寄生杂波。
附图说明
图1是现有的声表面波装置中沿某一电极指方向的剖视图。
图2是本申请提供的基于活塞模式的声表面波装置的概略俯视图。
图3是实施例一提供的声表面波装置中叉指换能器电极的示意图，其中：(a)为俯视图，(b)为A-A’方向的剖视图。
图4是实施例二提供的声表面波装置中叉指换能器电极的示意图，其中：(a)为俯视图，(b)为B-B’方向的剖视图。
图5是实施例三提供的声表面波装置中叉指换能器电极的示意图，其中：(a)为俯视图，(b)为C-C’方向的剖视图。
图6是实施例四提供的声表面波装置中叉指换能器电极的示意图，其中：(a)为俯视图，(b)为D-D’方向的剖视图。
图7是实施例五提供的声表面波装置中叉指换能器电极的示意图，其中：(a)为俯视图，(b)为E-E’方向的剖视图。
图8是实施例六提供的制备实施例一的声表面波装置的工艺示意图。
图9是实施例七提供的制备实施例二的声表面波装置的工艺示意图。
图10是实施例八提供的制备实施例三的声表面波装置的工艺示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
如图2所示，本申请提供了一种基于活塞模式的声表面波装置，包括压电基板21、设置在压电基板21上的叉指换能器电极22和两个反射器电极23A、23B。定义声表面波传播方向为平行于直角坐标系中x轴的方向，电极指延伸方向为与声表面波传播方向正交的方向，即平行于直角坐标系中y轴的方向。则两个反射器电极23A、23B沿声表面波传播方向分别布置在叉指换能器电极22的两侧。可选的，压电基板21选用LiTaO3或LiNbO3等单层压电单晶材料制成；或者，压电基板21选用压电陶瓷制成；或者，压电基板21选用包含LiTaO3或LiNbO3等多层压电单晶薄膜复合制成。
其中，在叉指换能器电极22中形成活塞模式，能够有效抑制横模杂波的影响，下面给出几个实施例分别详细介绍叉指换能器电极22的结构组成。
实施例一：
图2所示的叉指换能器电极22在图3(a)、(b)中以叉指换能器电极32的样式进行说明。结合图3(a)、(b)所示，叉指换能器电极32包括相互对置的第一汇流条301和第二汇流条302、沿平行于声表面波传播方向上间隔交错设置的多根第一电极指303和多根第二电极指304、以及多根第一连接指305和多根第二连接指306。每根第一电极指303的第一端通过第一连接指305与第一汇流条301电连接，每根第一电极指303的第二端朝向第二汇流条302，且第一电极指303的第一端与第一连接指305层叠设置，形成指层叠部，第一连接指305与第一汇流条301在电连接处层叠设置，形成汇流条重叠部。每根第二电极指304的第二端通过第二连接指306与第二汇流条302电连接，每根第二电极指304的第一端朝向第一汇流条301，且第二电极指304的第二端与第二连接指306层叠设置，形成指层叠部，第二连接指306与第二汇流条302在电连接处层叠设置，形成汇流条重叠部。
第一电极指303、第二电极指304与相应连接指相对层叠的区域以及相邻的相对层叠区域之间的部分沿平行于声表面波传播方向上形成低音速部3B1和3B2，第一电极指303、第二电极指304上不含低音速部3B1和3B2的部分以及相邻的电极指之间的部分沿平行于声表面波传播方向上形成中央区域3A，第一连接指305、第二连接指306上不含低音速部3B1和3B2和汇流条重叠部的部分以及相邻的连接指之间的部分沿平行于声表面波传播方向上形成高音速部3C1和3C2。沿y方向，低音速部3B1和3B2、高音速部3C1和3C2分布在中央区域3A的两侧，其中低音速部3B1和3B2紧邻中央区域3A设置，一侧的高音速部3C1/3C2位于同侧的低音速部3B1/3B2与相应汇流条301/302之间。
图3(b)所示，在低音速部3B1/3B2，压电基板31、第一电极指303或第二电极指304、第一连接指305或第二连接指306由下到上依次设置，即层叠时，连接指位于上层，电极指位于下层。压电基板31、位于汇流条重叠部的第一汇流条301或第二汇流条302、位于汇流条重叠部的第一连接指305或第二连接指306由下到上依次设置。位于高音速部3C1和3C2的第一连接指305、第二连接指306直接置于压电基板31上，且第一连接指305、第二连接指306中位于高音速部3C1和3C2部分的膜厚，与位于低音速部3B1和3B2部分的膜厚以及与位于汇流条重叠部的膜厚基本相同。从图中很容易看出，每个指层叠部的厚度大于其所在电极指位于中央区域3A部分的膜厚，且每个指层叠部的膜厚还大于其所在连接指中位于高音速部3C1/3C2的膜厚。
可选的，在位于低音速部3B1和3B2的多根第一电极指303的第二端和多根第二电极指304的第一端中，至少在一个端部的上方设置增重部307。增重部307与第一连接指305、第二连接指306的材料相同，且增重部307的膜厚与第一连接指305、第二连接指306的膜厚基本相同。将增重部307与电极指端部整体作为电极增重部，电极增重部的膜厚与指层叠部的膜厚基本相同。
可选的，第一汇流条301、第二汇流条302包括汇流条第一层部301a、302a和置于其上的汇流条第二层部301b、302b，每根第一电极指303的第一端、每根第二电极指304的第二端均通过相应连接指与汇流条第一层部301a/302a电连接，且第一电极指303、第二电极指304的膜厚与汇流条第一层部301a、302a的膜厚基本相同。在汇流条第二层部301b、302b连接一个焊盘308和309，实现输入、输出信号的传递，增设的汇流条第二层部301b、302b的主要目的在于大幅提升第一、第二汇流条301和302的导电性，从而使声表面波装置的Q值尽量大。
可选的，选用的第一电极指303材料的平均密度大于选用的第一连接指305材料的平均密度，选用的第二电极指304材料的平均密度大于选用的第二连接指306材料的平均密度。第一电极指303、第二电极指304由一层金属材料或由几种不同金属材料的薄膜构成，增重部307、第一连接指305、第二连接指306由一层金属材料或由几种不同金属材料的薄膜构成，金属材料比如为Ti、Al、Cu、Ag、Ni、Cr、Pt、Au、W、Mo中的至少一种。
于是，通过适当选择第一连接指305和第二连接指306的金属材料、膜厚和长宽尺寸，可以实现：沿电极指延伸的方向上，第一连接指305位于高音速部3C1的单位长度的质量小于第一电极指303位于中央区域3A部分的单位长度的质量的两倍，且第一电极指303和第一连接指305位于低音速部3B1整体的单位长度的质量大于第一电极指303位于中央区域3A部分的单位长度的质量，位于低音速部3B1的电极增重部的单位长度的质量大于其所在电极指304位于中央区域3A部分的单位长度的质量。同理，沿电极指延伸的方向上，第二连接指306位于高音速部3C2的单位长度的质量小于第二电极指304位于中央区域3A部分的单位长度的质量的两倍，第二电极指304和第二连接指306位于低音速部3B2整体的单位长度的质量大于第二电极指304位于中央区域3A部分的单位长度的质量，位于低音速部3B2的电极增重部的单位长度的质量大于其所在电极指303位于中央区域3A部分的单位长度的质量。因此，与在中央区域3A传播的声表面波相比，在低音速部3B1、3B2传播的声表面波的音速较低，在高音速部3C1、3C2传播的声表面波的音速较高。
与现有的声表面波装置相比，由于本实施例适当调整了第一连接指305、第二连接指306沿电极指延伸方向的单位长度的质量，使得上述声表面波装置在低音速部3B1、3B2传播的声表面波的音速比现有的声表面波装置中的低音速部更低，在高音速部3C1、3C2传播的声表面波的音速比现有的声表面波装置中的高音速部更高，从而更好地激发活塞模式和减小横模所引起的寄生杂波。
实施例二：
图2所示的叉指换能器电极22在图4(a)、(b)中以叉指换能器电极42的样式进行说明。结合图4(a)、(b)所示，本实施例提供的叉指换能器电极42包括相互对置的第一汇流条401和第二汇流条402、沿平行于声表面波传播方向上间隔交错设置的多根第一电极指403和多根第二电极指404、以及多根第一连接指405和多根第二连接指406，第一汇流条401、第二汇流条402包括汇流条第一层部401a、402a和置于其上的汇流条第二层部401b、402b。这些结构与实施例一提供的叉指换能器电极32的连接方式相同，且电极指、连接指的选材、材料平均密度也与实施例一相同，区别在于：
图4(b)所示，在低音速部4B1/4B2，压电基板41、第一连接指405或第二连接指406、第一电极指403或第二电极指404由下到上依次设置，即层叠时，电极指位于上层，连接指位于下层。压电基板41、位于汇流条重叠部的第一连接指405或第二连接指406、位于汇流条重叠部的第一汇流条401或第二汇流条402由下到上依次设置。第一连接指405、第二连接指406直接置于压电基板41上，第一电极指403、第二电极指404在位于低音速部4B1和4B2部分的膜厚与在位于中央区域4A部分的膜厚基本相同；汇流条第一层部401a、402a在各处的膜厚基本相同，且第一电极指403、第二电极指404的膜厚与汇流条第一层部401a、402a的膜厚也基本相同。从图中很容易看出，每个指层叠部的厚度大于其所在电极指位于中央区域4A部分的膜厚，且每个指层叠部的膜厚还大于其所在连接指中位于高音速部4C1/4C2的膜厚。
可选的，在位于低音速部4B1和4B2的多根第一电极指403的第二端和多根第二电极指404的第一端中，至少在一个端部的下方设置增重部407。增重部407与第一连接指405、第二连接指406的材料相同，且增重部407的膜厚与第一连接指405、第二连接指406的膜厚基本相同。将增重部407与电极指端部整体作为电极增重部，电极增重部的膜厚与指层叠部的膜厚基本相同。
可选的，沿平行于声表面波传播方向上，第一电极指403的第一端和第二端的宽度大于第一电极指403位于中央区域4A部分的宽度，和/或，第二电极指404的第一端和第二端的宽度大于第二电极指404位于中央区域4A部分的宽度，则整根电极指403和/或404变形为哑铃图形，如图4(a)所示。此时第一电极指403、第二电极指404与相应连接指相对层叠的区域是两者投影所覆盖的区域，即投影面积更大者所覆盖的区域。
于是，通过适当选择第一连接指405和第二连接指406的金属材料、膜厚和长宽尺寸，即相当于适当调整了第一连接指405、第二连接指406沿电极指延伸方向的单位长度的质量，不仅可以形成活塞模式，即上述声表面波装置在高音速部4C1、4C2传播的声表面波的音速比现有的声表面波装置中的高音速部更高，更进一步的，相比实施例一中的第一电极指303、第二电极指304，采用本实施例提供的哑铃图形的第一电极指403、第二电极指404形成的指层叠部可以实现在低音速部4B1、4B2传播的声表面波的音速更低，从而更好地激发活塞模式和减小横模所引起的寄生杂波。
实施例三：
图2所示的叉指换能器电极22在图5(a)、(b)中以叉指换能器电极52的样式进行说明。结合图5(a)、(b)所示，本实施例提供的叉指换能器电极52包括相互对置的第一汇流条501和第二汇流条502、沿平行于声表面波传播方向上间隔交错设置的多根第一电极指503和多根第二电极指504、以及多根第一连接指505和多根第二连接指506，第一汇流条501、第二汇流条502包括汇流条第一层部501a、502a和置于其上的汇流条第二层部501b、502b。叉指换能器电极52还包括：在位于低音速部5B1和5B2的多根第一电极指503的第二端和多根第二电极指504的第一端中，至少在一个端部的上方设置增重部507。这些结构与实施例一提供的叉指换能器电极32的连接方式相同，且电极指、连接指的选材、材料平均密度也与实施例一相同，区别在于，第一连接指505、第二连接指506与相应汇流条在电连接处不再层叠设置，而是：
本实施例的多根第一连接指505与第一汇流条501中的汇流条第一层部501a一体连接，呈梳齿形状，即多根第一连接指505作为梳齿、汇流条第一层部501a作为梳柄。同样的，多根第二连接指506与第二汇流条502中的汇流条第一层部502a一体连接，呈梳齿形状，即多根第二连接指506作为梳齿、汇流条第一层部502a作为梳柄。因此，第一连接指505、第二连接指506上不含低音速部5B1和5B2的部分以及相邻的连接指之间的部分沿平行于声表面波传播方向上形成高音速部5C1和5C2。
由于本实施例与实施例一构成活塞模式的原理相同，在此不再赘述。与现有的声表面波装置相比，由于本实施例通过适当选择第一连接指505和第二连接指506的金属材料、膜厚和长宽尺寸，即相当于适当调整了第一连接指505、第二连接指506沿电极指延伸方向的单位长度的质量，使得上述声表面波装置在低音速部5B1、5B2传播的声表面波的音速比现有的声表面波装置中的低音速部更低，在高音速部5C1、5C2传播的声表面波的音速比现有的声表面波装置中的高音速部更高，从而更好地激发活塞模式和减小横模所引起的寄生杂波。
实施例四：
图2所示的叉指换能器电极22在图6(a)、(b)中以叉指换能器电极62的样式进行说明。结合图6(a)、(b)所示，本实施例提供的叉指换能器电极62包括相互对置的第一汇流条601和第二汇流条602、沿平行于声表面波传播方向上间隔交错设置的多根第一电极指603和多根第二电极指604、以及多根第一连接指605和多根第二连接指606。第一汇流条601、第二汇流条602分别为汇流条第二层部601b、602b，则压电基板61、位于汇流条重叠部的第一连接指605或第二连接指606、位于汇流条重叠部的第一汇流条601或第二汇流条602由下到上依次设置。叉指换能器电极62还包括：在位于低音速部6B1和6B2的多根第一电极指603的第二端和多根第二电极指604的第一端中，至少在一个端部的上方设置增重部607。这些结构与实施例一提供的叉指换能器电极32的连接方式相同，且电极指、连接指的选材、材料平均密度也与实施例一相同，区别在于：
可选的，沿平行于声表面波传播方向上，第一电极指603的第一端和第二端的宽度大于第一电极指603位于中央区域6A部分的宽度，和/或，第二电极指604的第一端和第二端的宽度大于第二电极指604位于中央区域6A部分的宽度，则整根电极指603和/或604变形为哑铃图形，如图6(a)所示。此时第一电极指603、第二电极指604与相应连接指相对层叠的区域是两者投影所覆盖的区域，即投影面积更大者所覆盖的区域。
或者，从以下三种情况中择一或组合的方式布局低音速部：在低音速部6B1和6B2且沿平行于声表面波传播方向上，(1)第一连接指605的宽度大于第一电极指603的宽度，(2)第二连接指606的宽度大于第二电极指604的宽度，(3)增重部607的宽度大于其所在电极指603/604的宽度。此时第一电极指603、第二电极指604与相应连接指相对层叠的区域是两者投影所覆盖的区域，即投影面积更大者所覆盖的区域。
由于本实施例与实施例一构成活塞模式的原理相同，在此不再赘述。与现有的声表面波装置相比，由于本实施例适当调整了第一连接指605、第二连接指606沿电极指延伸方向的单位长度的质量，即相当于适当调整了第一连接指605、第二连接指606沿电极指延伸方向的单位长度的质量，不仅可以形成活塞模式，即上述声表面波装置在高音速部6C1、6C2传播的声表面波的音速比现有的声表面波装置中的高音速部更高，更进一步的，相比实施例一中的第一电极指303、第二电极指304，采用本实施例提供的第一连接指605、第二连接指606形成的指层叠部可以实现在低音速部6B1、6B2传播的声表面波的音速更低，从而更好地激发活塞模式和减小横模所引起的寄生杂波。
实施例五：
图2所示的叉指换能器电极22在图7(a)、(b)中以叉指换能器电极72的样式进行说明。结合图7(a)、(b)所示，本实施例提供的叉指换能器电极72包括相互对置的第一汇流条701和第二汇流条702、沿平行于声表面波传播方向上间隔交错设置的多根第一电极指703和多根第二电极指704、以及多根第一连接指705和多根第二连接指706，第一汇流条701、第二汇流条702包括汇流条第一层部701a、702a和置于其上的汇流条第二层部701b、702b。叉指换能器电极72还包括在位于低音速部7B1和7B2的多根第一电极指703的第二端和多根第二电极指704的第一端中，至少在一个端部的下方设置增重部707。这些结构与实施例二提供的叉指换能器电极32的连接方式相同，且电极指、连接指的选材、材料平均密度也与实施例二相同，区别在于：
图7(a)所示，从以下三种情况中择一或组合的方式布局低音速部：在低音速部7B1和7B2且沿平行于声表面波传播方向上，(1)第一连接指705的宽度大于第一电极指703的宽度，(2)第二连接指706的宽度大于第二电极指704的宽度，(3)增重部707的宽度大于其所在电极指703/704的宽度。此时第一电极指703、第二电极指704与相应连接指相对层叠的区域是两者投影所覆盖的区域，即投影面积更大者所覆盖的区域。
由于本实施例与实施例一构成活塞模式的原理相同，在此不再赘述。与现有的声表面波装置相比，由于本实施例通过适当选择第一连接指705和第二连接指706的金属材料、膜厚和长宽尺寸，即相当于适当调整了第一连接指705、第二连接指706沿电极指延伸方向的单位长度的质量，不仅可以形成活塞模式，即上述声表面波装置在高音速部7C1、7C2传播的声表面波的音速比现有的声表面波装置中的高音速部更高，更进一步的，相比实施例一中的第一电极指303、第二电极指304，采用本实施例提供的第一连接指705和第二连接指706形成的指层叠部可以实现在低音速部7B1、7B2传播的声表面波的音速更低，从而更好地激发活塞模式和减小横模所引起的寄生杂波。
实施例六：
如图8所示，本实施例提供了一种基于活塞模式的声表面波装置的制备方法，用于制备包含了实施例一提供的叉指换能器电极32的声表面波装置，具体包括如下步骤：
步骤1：如图8(a)所示，获取压电基板31并清洗表面。本实施例中的压电基板31为具有高机电耦合系数的128°YX-LiNbO3单层压电单晶圆片。
步骤2：如图8(b)所示，采用MEMS工艺在压电基板31上制得第一金属图案。其中，第一金属图案具有相互对置的汇流条第一层部301a、302a，以及沿平行于声表面波传播方向上间隔交错布置的多根第一电极指303和多根第二电极指304，以及还具有沿平行于声表面波传播方向上分布在叉指区域两侧的反射器电极，叉指区域为汇流条第一层部301a、302a与最外侧的第一电极指303和第二电极指304所围成的区域。
在本实施例中，提供了两种制备第一金属图案的方法，其中一种方法包括：在压电基板31上旋涂光刻胶，通过曝光和显影得到预定图形，在预定图形上涂覆第一金属膜，剥离光刻胶得到第一金属图案。另一种方法包括：在压电基板31上涂覆第一金属膜，在第一金属膜上旋涂光刻胶，通过曝光和显影得到预定图形，最后利用干法刻蚀或湿法刻蚀工艺刻蚀第一金属膜，得到第一金属图案。
可选的，汇流条第一层部301a、302a和第一电极指303、第二电极指304、反射器电极由Cr-Cu-Cr三层金属薄膜复合构成，总厚度为280nm，其中Cu膜的厚度占总厚度的80％。
步骤3：如图8(c)所示，采用MEMS工艺在两种电极指303、304的第一端和汇流条第一层部301a之间的区域(包含第一端)、两种电极指303、304的第二端和汇流条第一层部302a之间的区域(包含第二端)制得第二金属图案，从而得到设置在压电基板31上的叉指换能器电极32。
其中，第二金属图案具有沿平行于声表面波传播方向上间隔设置的多根第一连接指305和沿平行于声表面波传播方向上间隔设置的多根第二连接指306，每根第一连接指305沿其延伸方向的中线位于其对侧的相邻的两个第二连接指306之间，每根第二连接指306沿其延伸方向的中线位于其对侧的相邻的两个第一连接指305之间。
可选的，第二金属图案还具有至少一个增重部307，增重部307设置在多根第一电极指303的第二端和多根第二电极指304的第一端中的一个端部的上方。增重部307、第一连接指305和第二连接指306由Ti-Al-Ti三层金属薄膜复合构成，总厚度为340nm，其中Al膜的厚度占总厚度的80％。
由于制备第二金属图案的方法与制备第一金属图案提供的两种方法相同，在本步骤中不再赘述。
步骤4：如图8(d)所示，在相互对置的汇流条第一层部301a、302a的上方制备相互对置的汇流条第二层部301b、302b，将位于同一侧且电连接的汇流条第一层部301a/302a和汇流条第二层部301b/302b整体作为第一汇流条301或第二汇流条302。
可选的，汇流条第二层部301b、302b由Ti-Al-Ti三层金属薄膜复合构成，总厚度为2000nm，其中Al膜的厚度占总厚度的90％。需要注意的是，汇流条第二层部301b、302b的层叠金属薄膜总厚度远远大于汇流条第一层部301a、302a的层叠金属薄膜总厚度，这是因为汇流条第二层部301b、302b的主要目的在于大幅提升第一、第二汇流条301和302的导电性，从而使声表面波装置的Q值尽量大。
声表面波最终得到的叉指换能器电极32的具体结构请参考实施例一所述的叉指换能器电极32，如图3(a)所示，在本实施例中不再赘述。
实施例七：
如图9所示，本实施例提供了一种基于活塞模式的声表面波装置的制备方法，用于制备包含了实施例二提供的叉指换能器电极42的声表面波装置，具体包括如下步骤：
步骤1：如图9(a)所示，获取压电基板41并清洗表面。本实施例中的压电基板41为具有高机电耦合系数的128°YX-LiNbO3单层压电单晶圆片。
步骤2：如图9(b)所示，采用MEMS工艺在压电基板41的指定区域制得第二金属图案，两处指定区域均沿平行于声表面波传播方向分布且两处间隔一定距离相对设置，所述第二金属图案具有沿平行于声表面波传播方向上间隔设置的多根第一连接指405和沿平行于声表面波传播方向上间隔设置的多根第二连接指406。每根第一连接指405沿其延伸方向的中线位于其对侧的相邻的两个第二连接指406之间，每根第二连接指406沿其延伸方向的中线位于其对侧的相邻的两个第一连接指405之间。
可选的，第二金属图案还具有至少一个增重部407，增重部407设置在与每根第一连接指405相对的指定区域和与每根第二连接指406相对的指定区域中的一个区域中。增重部407、第一连接指405和第二连接指406由Ti-Al-Ti三层金属薄膜复合构成，总厚度为240nm，其中Al膜的厚度占总厚度的80％。
步骤3：如图9(c)所示，采用MEMS工艺在第一连接指405和第二连接指406之间的第一区域(包含指端)、第一连接指405中远离第二连接指406的一端向外的第二区域、第二连接指406中远离第一连接指405的一端向外的第三区域、以及沿平行于声表面波传播方向上分布在包含第一到第三区域的整个区域两侧的第四区域制得第一金属图案，从而得到设置在压电基板41上的叉指换能器电极42，以及设置在叉指换能器电极42两侧的反射器电极。
其中，第一金属图案具有在压电基板41上相互对置的汇流条第一层部401a、402a，以及在压电基板41上沿平行于声表面波传播方向上间隔交错设置的多根第一电极指403和多根第二电极指404，以及还具有在压电基板41上沿平行于声表面波传播方向上分布在叉指区域两侧的反射器电极，叉指区域为汇流条第一层部401a、402a与最外侧的第一电极指403和第二电极指404所围成的区域，即上述的包含第一到第三区域的整个区域。
可选的，汇流条第一层部401a、402a和第一电极指403、第二电极指404、反射器电极由Cr-Cu-Cr三层金属薄膜复合构成，总厚度为280nm，其中Cu膜的厚度占总厚度的80％。
步骤4：如图9(d)所示，在相互对置的汇流条第一层部401a、402a的上方制备相互对置的汇流条第二层部401b、402b，将位于同一侧且电连接的汇流条第一层部401a\402a和汇流条第二层部401b\402b整体作为第一汇流条或第二汇流条。可选的，汇流条第二层部401b、402b由Ti-Al-Ti三层金属薄膜复合构成，总厚度为2000nm，其中Al膜的厚度占总厚度的90％。
声表面波上述制备第一和第二金属图案、汇流条第二层部401b和402b的具体方法与实施例六提供的制备第一金属图案的两种方法原理相同，在此不再赘述。最终得到的叉指换能器电极42的具体结构请参考实施例二所述的叉指换能器电极42，如图4(a)所示，在本实施例中不再赘述。
实施例八：
如图10所示，本实施例提供了一种基于活塞模式的声表面波装置的制备方法，用于制备包含了实施例三提供的叉指换能器电极52的声表面波装置，与实施例六提供的制备方法在流程上相同，具体包括如下步骤：
步骤1：如图10(a)所示，获取压电基板51并清洗表面。本实施例中的压电基板51为具有高机电耦合系数的128°YX-LiNbO3单层压电单晶圆片。
步骤2：如图10(b)所示，采用MEMS工艺在压电基板51上制得第一金属图案。其中，第一金属图案具有沿平行于声表面波传播方向上间隔交错布置的多根第一电极指503和多根第二电极指504，以及还具有沿平行于声表面波传播方向上分布在最外侧的第一电极指503和第二电极指504所围成的区域两侧的反射器电极。
可选的，第一电极指503、第二电极指504和反射器电极由Cr-Cu-Cr三层金属薄膜复合构成，总厚度为280nm，其中Cu膜的厚度占总厚度的80％。
步骤3：如图10(c)所示，采用MEMS工艺在两种电极指503、504的第一端和第一端向外的区域，以及两种电极指503、504的第二端和第二端向外的区域制得第二金属图案，从而得到设置在压电基板51上的叉指换能器电极52，以及设置在叉指换能器电极52两侧的反射器电极。
其中，第二金属图案具有一体连接的多根第一连接指505和汇流条第一层部501a，以及还具有一体连接的多根第二连接指506和汇流条第一层部502a，呈梳齿形状，即多根第一连接指505、第二连接指506均作为梳齿、汇流条第一层部501a、502a均作为梳柄。多根第一连接指505沿平行于声表面波传播方向上间隔设置，多根第二连接指506沿平行于声表面波传播方向上间隔设置。每根第一连接指505沿其延伸方向的中线位于其对侧的相邻的两个第二连接指506之间，每根第二连接指506沿其延伸方向的中线位于其对侧的相邻的两个第一连接指505之间。
可选的，第二金属图案还具有至少一个增重部507，增重部507设置在多根第一电极指503的第二端和多根第二电极指504的第一端中的一个端部的上方。增重部507、第一连接指505和第二连接指506由Ti-Al-Ti三层金属薄膜复合构成，总厚度为340nm，其中Al膜的厚度占总厚度的80％。
步骤4：如图10(d)所示，在相互对置的汇流条第一层部501a、502a的上方制备相互对置的汇流条第二层部501b、502b，将位于同一侧且电连接的汇流条第一层部501a/502a和汇流条第二层部501b/502b整体作为第一汇流条501或第二汇流条502。
上述制备第一和第二金属图案、汇流条第二层部501b和502b的具体方法与实施例六提供的制备第一金属图案的两种方法原理相同，在此不再赘述。最终得到的叉指换能器电极52的具体结构请参考实施例三所述的叉指换能器电极52，如图5(a)所示，在本实施例中不再赘述。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种基于活塞模式的声表面波装置，其特征在于，包括压电基板和设置在所述压电基板上的叉指换能器电极，所述叉指换能器电极包括相互对置的第一汇流条和第二汇流条、沿平行于声表面波传播方向上间隔交错设置的多根第一电极指和多根第二电极指、以及多根第一连接指和多根第二连接指；每根所述第一电极指的第一端通过所述第一连接指与所述第一汇流条电连接，每根所述第一电极指的第二端朝向所述第二汇流条，且所述第一电极指的第一端与所述第一连接指层叠设置；每根所述第二电极指的第二端通过所述第二连接指与所述第二汇流条电连接，每根所述第二电极指的第一端朝向所述第一汇流条，且所述第二电极指的第二端与所述第二连接指层叠设置；
第一电极指、第二电极指与相应连接指相对层叠的区域以及相邻的相对层叠区域之间的部分沿平行于声表面波传播方向上形成低音速部，第一电极指、第二电极指上不含低音速部的部分以及相邻的电极指之间的部分沿平行于声表面波传播方向上形成中央区域，第一连接指、第二连接指上不含低音速部的部分以及相邻的连接指之间的部分沿平行于声表面波传播方向上形成高音速部，调整第一连接指、第二连接指的质量，使得在低音速部传播的声表面波的音速低于在中央区域传播的声表面波的音速，在高音速部传播的声表面波的音速高于在中央区域传播的声表面波的音速；
在所述低音速部，所述压电基板、所述第一电极指或所述第二电极指、所述第一连接指或所述第二连接指由下到上依次设置；或者，在所述低音速部，所述压电基板、所述第一连接指或所述第二连接指、所述第一电极指或所述第二电极指由下到上依次设置。
2.根据权利要求1所述的基于活塞模式的声表面波装置，其特征在于，所述第一连接指、所述第二连接指与相应汇流条在电连接处层叠设置，形成汇流条重叠部，所述第一连接指、所述第二连接指上不含低音速部和汇流条重叠部的部分以及相邻的连接指之间的部分沿平行于声表面波传播方向上形成高音速部；
当位于所述低音速部的第一连接指、第二连接指置于相应电极指的上层时，所述压电基板、位于所述汇流条重叠部的第一汇流条或第二汇流条、位于所述汇流条重叠部的第一连接指或第二连接指由下到上依次设置；或者，当位于所述低音速部的第一连接指、第二连接指置于相应电极指的下层时，所述压电基板、位于所述汇流条重叠部的第一连接指或第二连接指、位于所述汇流条重叠部的第一汇流条或第二汇流条由下到上依次设置。
3.根据权利要求1所述的基于活塞模式的声表面波装置，其特征在于，多根第一连接指、多根第二连接指与相应汇流条一体连接。
4.根据权利要求1所述的基于活塞模式的声表面波装置，其特征在于，第一汇流条、第二汇流条包括汇流条第一层部和置于其上的汇流条第二层部，每根第一电极指的第一端、每根第二电极指的第二端均通过相应连接指与所述汇流条第一层部电连接。
5.根据权利要求1所述的基于活塞模式的声表面波装置，其特征在于，当位于所述低音速部的第一连接指、第二连接指置于相应电极指的上层时，在位于所述低音速部的多根所述第一电极指的第二端和多根所述第二电极指的第一端中，至少在一个端部的上方设置增重部；或者，当位于所述低音速部的第一连接指、第二连接指置于相应电极指的下层时，在位于所述低音速部的多根所述第一电极指的第二端和多根所述第二电极指的第一端中，至少在一个端部的下方设置增重部；所述增重部与所述第一连接指、第二连接指的材料相同，将增重部与端部整体作为电极增重部；
沿电极指延伸的方向上，位于所述低音速部的电极增重部的单位长度的质量大于所在电极指位于中央区域部分的单位长度的质量。
6.根据权利要求1-5任一所述的基于活塞模式的声表面波装置，其特征在于，沿平行于声表面波传播方向上，第一电极指的第一端和第二端的宽度大于第一电极指位于中央区域部分的宽度，和/或，第二电极指的第一端和第二端的宽度大于第二电极指位于中央区域部分的宽度，所述第一电极指、第二电极指与相应连接指相对层叠的区域是两者投影所覆盖的区域；
或者，在所述低音速部且沿平行于声表面波传播方向上，第一连接指的宽度大于第一电极指的宽度，和/或，第二连接指的宽度大于第二电极指的宽度，所述第一电极指、第二电极指与相应连接指相对层叠的区域是两者投影所覆盖的区域。
7.根据权利要求1-5任一所述的基于活塞模式的声表面波装置，其特征在于，沿电极指延伸的方向上，第一连接指位于高音速部的单位长度的质量小于第一电极指位于中央区域部分的单位长度的质量的两倍，第二连接指位于高音速部的单位长度的质量小于第二电极指位于中央区域部分的单位长度的质量的两倍；第一电极指和第一连接指位于低音速部整体的单位长度的质量大于第一电极指位于中央区域部分的单位长度的质量，第二电极指和第二连接指位于低音速部整体的单位长度的质量大于第二电极指位于中央区域部分的单位长度的质量。
8.根据权利要求1-5任一所述的基于活塞模式的声表面波装置，其特征在于，选用的第一电极指材料的平均密度大于选用的第一连接指材料的平均密度，选用的第二电极指材料的平均密度大于选用的第二连接指材料的平均密度。
9.一种基于活塞模式的声表面波装置的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
采用MEMS工艺在压电基板上制得第一金属图案，所述第一金属图案具有相互对置的汇流条第一层部，分别作为第一汇流条和第二汇流条，所述第一金属图案还具有沿平行于声表面波传播方向上间隔交错布置的多根第一电极指和多根第二电极指；
采用MEMS工艺在两种电极指的第一端和第一汇流条之间、两种电极指的第二端和第二汇流条之间的区域制得第二金属图案，从而得到设置在所述压电基板上的叉指换能器电极；所述第二金属图案具有沿平行于声表面波传播方向上间隔设置的多根第一连接指和沿平行于声表面波传播方向上间隔设置的多根第二连接指，每根第一连接指沿其延伸方向的中线位于其对侧的相邻的两个第二连接指之间，每根第二连接指沿其延伸方向的中线位于其对侧的相邻的两个第一连接指之间；
或者，采用MEMS工艺在压电基板的指定区域制得第二金属图案，两处指定区域均沿平行于声表面波传播方向分布且两处间隔一定距离相对设置，所述第二金属图案具有沿平行于声表面波传播方向上间隔设置的多根第一连接指和沿平行于声表面波传播方向上间隔设置的多根第二连接指；每根第一连接指沿其延伸方向的中线位于其对侧的相邻的两个第二连接指之间，每根第二连接指沿其延伸方向的中线位于其对侧的相邻的两个第一连接指之间；
采用MEMS工艺在第一连接指和第二连接指之间、第一连接指中远离第二连接指的一端向外、第二连接指中远离第一连接指的一端向外的区域制得第一金属图案，从而得到设置在所述压电基板上的叉指换能器电极；所述第一金属图案具有在压电基板上相互对置的汇流条第一层部，分别作为第一汇流条和第二汇流条，所述第一金属图案还具有在压电基板上沿平行于声表面波传播方向上间隔交错设置的多根第一电极指和多根第二电极指；
其中，每根所述第一电极指的第一端通过所述第一连接指与所述第一汇流条电连接，每根所述第一电极指的第二端朝向所述第二汇流条，且所述第一电极指的第一端与所述第一连接指层叠设置；每根所述第二电极指的第二端通过所述第二连接指与所述第二汇流条电连接，每根所述第二电极指的第一端朝向所述第一汇流条，且所述第二电极指的第二端与所述第二连接指层叠设置；
第一电极指、第二电极指与相应连接指相对层叠的区域以及相邻的相对层叠区域之间的部分沿平行于声表面波传播方向上形成低音速部，第一电极指、第二电极指上不含低音速部的部分以及相邻的电极指之间的部分沿平行于声表面波传播方向上形成中央区域，第一连接指、第二连接指上不含低音速部的部分以及相邻的连接指之间的部分沿平行于声表面波传播方向上形成高音速部，调整第一连接指、第二连接指的质量，使得在低音速部传播的声表面波的音速低于在中央区域传播的声表面波的音速，在高音速部传播的声表面波的音速高于在中央区域传播的声表面波的音速。
10.根据权利要求9所述的基于活塞模式的声表面波装置的制备方法，其特征在于，当所述第二金属图案具有一体连接的多根第一连接指和汇流条第一层部，以及还具有一体连接的多根第二连接指和汇流条第一层部时，所述第一金属图案不具有相互对置的汇流条第一层部；
其中，多根第一连接指沿平行于声表面波传播方向上间隔设置，多根第二连接指沿平行于声表面波传播方向上间隔设置；两个相互对置的汇流条第一层部分别作为第一汇流条和第二汇流条。
11.根据权利要求9或10所述的基于活塞模式的声表面波装置的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：
在所述相互对置的汇流条第一层部的上方制备相互对置的汇流条第二层部，将位于同一侧且电连接的汇流条第一层部和汇流条第二层部整体作为第一汇流条或第二汇流条。
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